Номер 3, страница 40 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

3. Какие явления наблюдаются в неинерциальных системах отсчёта?

2. Какие системы называются неинерциальными системами отсчета.

Неинерциальными системами отсчета (НСО) называют такие системы отсчета, которые движутся с ускорением относительно инерциальных систем отсчета (ИСО). Главной особенностью НСО является то, что в них не выполняется первый закон Ньютона, также известный как закон инерции. Это означает, что тело в НСО может изменять свою скорость (то есть получать ускорение) даже в том случае, если на него не действуют никакие реальные силы со стороны других тел, или если векторная сумма всех действующих на него реальных сил равна нулю.

Ускорение неинерциальной системы отсчета может быть разным: поступательным (например, лифт, начинающий движение, или тормозящий поезд), вращательным (например, вращающаяся платформа карусели) или любой комбинацией этих видов движения. Для корректного применения законов динамики Ньютона в таких системах необходимо вводить дополнительные, так называемые фиктивные силы или силы инерции.

Ответ: Неинерциальные системы отсчета – это системы отсчета, которые движутся с ускорением относительно инерциальных систем. В таких системах не выполняется закон инерции (первый закон Ньютона).

3. Какие явления наблюдаются в неинерциальных системах отсчета?

В неинерциальных системах отсчета (НСО) наблюдаются явления, которые объясняются введением так называемых сил инерции. Эти силы не являются следствием реального физического взаимодействия тел, а возникают исключительно из-за ускоренного движения самой системы отсчета. Их вводят для того, чтобы формально можно было применять второй закон Ньютона ($ \vec{F}_{рез} = m\vec{a} $) для описания движения в НСО. В этом случае уравнение движения записывается как $m\vec{a}' = \sum \vec{F}_{реал} + \sum \vec{F}_{инерц}$, где $\vec{a}'$ — ускорение тела относительно НСО.

Основные силы инерции и связанные с ними явления:

1. При поступательном ускорении системы отсчета ($\vec{a}_0$) возникает поступательная сила инерции. Она направлена в сторону, противоположную вектору ускорения системы отсчета, и равна $\vec{F}_{пост} = -m\vec{a}_0$. Явления, вызванные этой силой, мы наблюдаем постоянно: нас "вжимает" в кресло при разгоне самолета, мы отклоняемся вперед при резком торможении автобуса.

2. Во вращающихся системах отсчета возникают более сложные силы инерции:

а) Центробежная сила. Она действует на все тела, находящиеся во вращающейся системе, и направлена радиально от оси вращения. Величина этой силы определяется формулой $\vec{F}_{цб} = m\omega^2\vec{r}_{\perp}$, где $\omega$ — угловая скорость вращения, а $\vec{r}_{\perp}$ — радиус-вектор тела, перпендикулярный оси вращения. Именно эта сила заставляет нас отклоняться наружу на вращающейся карусели или создает эффект "невесомости" на экваторе вращающейся космической станции.

б) Сила Кориолиса. Эта сила действует только на тела, которые движутся со скоростью $\vec{v'}$ относительно вращающейся системы отсчета. Она всегда перпендикулярна вектору скорости $\vec{v'}$ и вектору угловой скорости вращения системы $\vec{\omega}$. Ее формула: $\vec{F}_{Кор} = -2m(\vec{\omega} \times \vec{v'})$. На Земле, которая является вращающейся НСО, сила Кориолиса вызывает глобальные явления: она влияет на направление ветров (пассатов) и морских течений, закручивает циклоны и антициклоны, а также является причиной подмыва правых берегов рек в Северном полушарии (и левых — в Южном). Также действие этой силы демонстрирует маятник Фуко.

в) Эйлерова (поперечная) сила инерции. Эта сила возникает только при неравномерном вращении, то есть когда угловая скорость системы отсчета изменяется со временем ($\frac{d\vec{\omega}}{dt} \neq 0$). Ее формула: $\vec{F}_{Эйл} = -m(\frac{d\vec{\omega}}{dt} \times \vec{r})$. Мы ощущаем ее действие как дополнительный толчок, когда карусель начинает вращаться или останавливается.

Ответ: В неинерциальных системах отсчета наблюдаются явления, обусловленные действием фиктивных сил (сил инерции): поступательной силы инерции, центробежной силы, силы Кориолиса и Эйлеровой силы.